Quang trắc sao biến quang bằng kính thiên văn takahashi ở đại học sư phạm TP HCM và phần mềm iraf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Nguyễn Trọng Nhân QUANG TRẮC SAO BIẾN QUANG BẰNG KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM VÀ PHẦN MỀM IRAF KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Nguyễn Trọng Nhân QUANG TRẮC SAO BIẾN QUANG BẰNG KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM VÀ PHẦN MỀM IRAF Chun ngành : Sư phạm Vật lí KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CAO ANH TUẤN Thành phố Hồ Chí Minh - năm 2020 LỜI CẢM ƠN o0o -Để hồn thành khóa luận tốt nghiệp này, em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Cao Anh Tuấn giảng viên hướng dẫn đề tài, người dành nhiều thời gian quý báu để theo sát hướng dẫn, hỗ trợ em suốt trình thực Thầy người giúp em thực đề tài mục tiêu kịp tiến độ, phát lỗi sai, điều cịn thiếu sót Những lời khun q báu, lời góp ý phê bình sâu sắc, giúp đỡ tận tình Thầy giúp em hồn thành hoàn thiện luận văn Em xin trân trọng cảm ơn thầy cô Trường Đại học Sư phạm TPHCM truyền đạt cho em kiến thức kỹ tảng suốt trình theo học Với hạn chế kiến thức thân nên báo cáo khóa luận em khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận ý kiến đóng góp, nhận xét từ quý thầy, để em hồn thiện rút học kinh nghiệm bổ ích để áp dụng vào thực tiễn cách hiệu tương lai Em kính chúc q thầy, ln có nhiều sức khỏe, niềm vui thành cơng công việc Xin chân thành cảm ơn! Mục Lục Mở Đầu CHƯƠNG LÝ THUYẾT QUANG TRẮC THIÊN VĂN 1.1 Quan sát bầu trời 1.1.1 Thiên cầu 1.1.2 Hệ tọa độ chân trời 1.1.3 Hệ tọa độ xích đạo 1.2 Lý thuyết quan trắc thiên văn 1.3 Cấp 1.3.1 Cấp nhìn thấy (Apparent magnitude) 1.3.2 Cấp tuyệt đối (Absolute Magnitude) 1.4.1 Đại cương 1.4.2 Sao biến quang CHƯƠNG 11 HỆ KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HCM VÀ CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG ĐỂ QUANG TRẮC 11 2.1 Hệ kính thiên văn Takahashi 11 2.2 CCD camera 12 2.2.1 Cấu tạo CCD 12 2.2.2 Nguyên tắc hoạt động CCD 13 2.3 Phương pháp xử lí ảnh 15 2.3.1 Phương pháp xử lí nhiễu 16 2.3.2 Phương pháp quang trắc 16 PHẦN 18 PHẦN MỀM IRAF VÀ CÁC BƯỚC XỬ LÍ ẢNH 18 3.1 Phần mềm IRAF 18 3.2.1 Các bước xử lí ảnh 19 i 3.2.2 Đo cấp nhìn thấy 36 CHƯƠNG 40 KẾT QUẢ QUANG TRẮC SAO BIẾN QUANG 40 4.1 Cụm M42 40 4.1.1 Cụm M42 qua kính lọc F2 40 4.1.2 Cụm M42 qua kính lọc F3 42 4.1.3 Cụm M42 qua kính lọc F4 45 4.2 Sao Erori 46 4.2.1 Sao Erori qua kính lọc F2 48 4.2.2 Sao Erori qua kính lọc F3 50 4.2.3 Sao Erori qua kính lọc F4 52 4.3 Sao 98955 54 4.4 Sao Arcturus 55 4.5 Sao Regulus 56 4.6 Kết luận 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 ii Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Hệ tọa độ chân trời Hình 1.2: Hệ tọa độ xích đạo Hình 2.1: Hệ kính thiên văn Takahashi 11 Hình 2.2: CCD ST7 12 Hình 2.3: Cấu tạo CCD [5] 13 Hình 2.4: Quá trình electron điểm ảnh chuyển đến phận đọc giá trị [4] 14 Hình 2.5: Giao diện phần mền CCDsoft thẻ điều khiển camera [4] 14 Hình 2.6: CCD H18 15 Hình 2.7: Thứ tự bán kính R1, R2 R3 17 Hình 3.1: Giao diện phần mền IRAF 19 Hình 3.2: Các thơng số darkcombine 21 Hình 3.3: Ảnh Dark 22 Hình 3.4: Các thơng số flatcombine 23 Hình 3.5: Ảnh Flat 24 Hình 3.6: Ảnh Flattrudarkchiamean 25 Hình 3.7: Ảnh light 98995 28 Hình 3.8: Ảnh 98955 xử lí hồn chỉnh 28 Hình 3.9: Tinh vân M42 qua kính lọc F2 xử lí hồn chỉnh 30 Hình 3.10: Tinh vân M42 qua kính lọc F3 xử lí hồn chỉnh 31 Hình 3.11:Tinh vân M42 qua kính lọc F4 xử lí hồn chỉnh 32 Hình 3.12: Sao Erori chụp qua kính lọc F4 xử lí hồn chỉnh 32 Hình 3.13: Sao Regulus qua kính lọc F3 xử lí hồn chỉnh 33 Hình 3.14: Sao 98955 qua kính lọc F2 xử lí hồn chỉnh 33 Hình 3.15: Sao 98955 qua kính lọc F3 xử lí hồn chỉnh 34 Hình 3.16: Sao 98955 qua kính lọc F4 xử lí hồn chỉnh 35 Hình 3.17: Sao Arcturus qua kính lọc F2 xử lí hồn chỉnh 35 Hình 3.18: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss Cụm M42 37 Hình 3.19: Các thơng số gói phot 38 Hình 3.20: Cấp sao cụm M42 39 Hình 4.1: Các ngơi quang trắc cụm M42 qua kính lọc F2 41 Hình 4.2: Các ngơi quang trắc cụm M42 qua kính lọc F3 43 iii Hình 4.3: Các ngơi quang trắc cụm M42 qua kính lọc F4 45 Hình 4.4: Các ngơi Erori qua kính lọc F2 49 Hình 4.5: Các ngơi Erori qua kính lọc F3 51 Hình 4.6: Các ngơi Erori qua kính lọc F4 52 Hình 4.7: Sao 98955 qua kính lọc F3 54 Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss 98955 55 Hình 4.9: Sao Arcturus qua kính lọc F2 55 Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss Arcturus 56 Hình 4.11: Sao Regulus qua kính lọc F2 56 Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss Regulus 57 iv Danh mục Bảng Bảng 3.1: Danh sách thiên thể quang trắc 29 Bảng 4.1: Cấp số cụm M42 qua kính lọc F2, F3 F4 40 Bảng 4.2: Cấp cụm M42 qua kính lọc F2 41 Bảng 4.3: Cấp cụm M42 qua kính lọc F3 44 Bảng 4.4: Cấp cụm M42 qua kính lọc F4 45 Bảng 4.5: Cấp sao Erori qua kính lọc F2, F3 F4 48 Bảng 4.6: Cấp sao Erori qua kính lọc F2 50 Bảng 4.7: Cấp sao Erori qua kính lọc F3 51 Bảng 4.8: Cấp sao Erori qua kính lọc F4 53 v Danh mục đồ thị Đồ thị 4.1: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua kính lọc F2 42 Đồ thị 4.2: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua kính lọc F3 44 Đồ thị 4.3: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua kính lọc F4 46 Đồ thị 4.4: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua ba kính lọc 46 Đồ thị 4.5: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F2 50 Đồ thị 4.6: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F3 52 Đồ thị 4.7: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F4 53 Đồ thị 4.8: Đồ thị biểu diễn cấp Erori qua ba kính lọc 54 vi Danh mục Ký hiệu chữ viết tắt CCD ST7: Charge – Coupled Devices ST7 IRAF: Interactive Reduction and Analysis Facility α: Xích kinh 𝜹: Xích vĩ A: Độ phương h: Góc tính từ đường chân trời lên thiên thể 𝜺: Năng lượng photon E: Độ rọi L: Độ trưng M: Cấp tuyệt đối m: Cấp nhìn thấy d: Khoảng cách từ trái đất tới Aap: Mật độ số đếm Ssky: Diện tích vịng trịn chứa ngơi Nap: Tổng số đếm diện tích chứa texp: Thời gian phơi ảnh FWHM: Full at Half Maximum ( Bề rộng chiều cao tổng số điểm sao) vii 4.1.3 Cụm M42 qua kính lọc F4 Hình 4.3: Các ngơi quang trắc cụm M42 qua kính lọc F4 Bảng 4.4: Cấp cụm M42 qua kính lọc F4 Cấp qua kính STT Thiên Thể Sao 11.340 1.000 Sao 14.172 1.250 Sao 12.205 1.0762 Sao 11.723 1.034 Sao 11.457 1.010 Sao 13.463 1.187 Sao 15.725 1.387 Sao 14.165 1.250 Sao 14.622 1.290 lọc F4 45 (cấp i)/(cấp 1) 10 Sao 10 10.297 0.908 (cấp i)/(cấp 1) 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Đồ thị 4.3: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua kính lọc F4 (Cấp i)/(cấp 1) 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 F2 F3 10 F4 Đồ thị 4.4: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp cụm M42 qua ba kính lọc Ta thấy quang trắc qua kính lọc khác cho kết cấp khác Nó cho thấy kết quang trắc phụ thuộc phần vào kính lọc nơi quan sát 4.2 Sao Erori 46 Làm tương tự cụm M42, ta có kết quang trắc Erori 47 Bảng 4.5: Cấp sao Erori qua kính lọc F2, F3 F4 STT Cấp qua kính lọc Thiên thể F2 F3 F4 Sao 15.916 15.131 15.748 Sao 15.301 14.184 14.874 Sao 14.247 15.476 15.819 Sao 15.572 15.508 16.097 Sao 12.476 12.537 13.317 Sao 14.585 14.382 14.866 Sao 13.443 13.266 13.844 Sao 14.052 14.418 14.398 Sao 14.767 17.706 15.211 10 Sao 10 14.309 14.418 15.298 4.2.1 Sao Erori qua kính lọc F2 48 Hình 4.4: Các ngơi Erori qua kính lọc F2 49 Bảng 4.6: Cấp sao Erori qua kính lọc F2 Cấp qua kính lọc STT Thiên thể (cấp i)/ (cấp 1) Sao 15.916 1.000 Sao 15.301 0.961 Sao 14.247 0.895 Sao 15.572 0.980 Sao 12.476 0.784 Sao 14.585 0.916 Sao 13.443 0.844 Sao 14.052 0.883 Sao 14.767 0.927 10 Sao 10 14.309 0.900 F2 (cấp i)/(cấp 1) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Đồ thị 4.5: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F2 4.2.2 Sao Erori qua kính lọc F3 50 Hình 4.5: Các ngơi Erori qua kính lọc F3 Bảng 4.7: Cấp sao Erori qua kính lọc F3 Cấp qua kính STT Thiên thể Sao 15.131 1.000 Sao 14.184 0.937 Sao 15.476 1.023 Sao 15.508 1.025 Sao 12.537 0.830 Sao 14.382 0.950 Sao 13.266 0.876 Sao 14.418 0.953 Sao 17.706 1.170 10 Sao 10 14.418 0.953 lọc F3 51 (cấp i)/(cấp 1) (cấp i)/ (cấp 1) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Đồ thị 4.6: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F3 4.2.3 Sao Erori qua kính lọc F4 Hình 4.6: Các ngơi Erori qua kính lọc F4 52 Bảng 4.8: Cấp sao Erori qua kính lọc F4 Cấp qua kính STT Thiên thể (cấp i)/(cấp 1) Sao 15.748 1.000 Sao 14.874 0.944 Sao 15.819 1.005 Sao 16.097 1.022 Sao 13.317 0.850 Sao 14.866 0.944 Sao 13.844 0.880 Sao 14.398 0.914 Sao 15.211 0.965 10 Sao 10 15.298 0.971 lọc F4 (cấp i)/(cấp 1) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 Đồ thị 4.7: Đồ thị biểu diễn tỉ số cấp Erori qua kính lọc F4 53 (Cấp i)/(cấp 1) 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 F2 F3 F4 Đồ thị 4.8: Đồ thị biểu diễn cấp Erori qua ba kính lọc 4.3 Sao 98955 Hình 4.7: Sao 98955 qua kính lọc F3 54 10 Hình 4.8: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss 98955 Ta thấy đồ thị không biểu diễn theo phân bố Gauss nên kết quang trắc xác Ta nhìn vào giá trị FWHM, FWHM lớn sai số phép đo lớn Việc sai số q trình cộng gộp ảnh với có sai lệch làm ảnh hưởng đến kết quang trắc 4.4 Sao Arcturus Hình 4.9: Sao Arcturus qua kính lọc F2 55 Hình 4.10: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss Arcturus 4.5 Sao Regulus Hình 4.11: Sao Regulus qua kính lọc F2 56 Hình 4.12: Đồ thị biểu diễn đường phân bố Gauss Regulus Ta thấy giá trị FWHM lớn nên kết có độ tin cậy chưa cao Điều điều kiện khí lúc quan sát bị nhiễm yếu tố vật lí bên ngồi như: nhiệt độ, gió, mây, ánh sáng từ nguồn phát khác gây nhiễu Ngồi cịn qua trình cộng gộp ảnh có sai lệch định nên ảnh hưởng đến giá trị FWHM 4.6 Kết luận Trong đề tài này, tơi tìm hiểu cách xử lí ảnh đo cấp phần mềm IRAF DS9, đạt số kết đo cấp số cụm M42 Erori so sánh kết qua ba kính lọc khác Ta thấy kết đo cấp sao phụ thuộc phần vào kính lọc Ở tơi có hướng nghiên cứu đề tài này, quang trắc đối tượng địa điểm khác TP Hồ Chí Minh mà có bầu khí khơng bị nhiễm so sánh kết khác nhau, khác cho ta biết chênh lệch thơng số khí TP Hồ Chí Minh từ ta suy mức độ nhiễm khí TP Hồ Chí Minh 57 Ngồi thuận lợi hướng dẫn tận tình từ Thầy luận văn anh chị khóa trước, q trình thực đề tài tơi gặp số khó khăn tình hình dịch bệnh Covid kéo dài nên trường không hoạt động dẫn đến trực tiếp quan sát chụp ảnh sao, mà sử dụng ảnh chụp vào tháng 11 năm 2019, ngồi q trình cộng gộp ảnh việc chỉnh tâm ảnh có rủi ro định dẫn đến kết quang trắc khơng xác Vì vậy, việc chỉnh phải tính tốn thật kĩ để kết quang trắc xác 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Trần Quốc Hà (2004), “giáo trình thiên văn học đại cương”, Đại học sư phạm thành phố Hồ chí Minh [2] Nguyễn Hữu Mẫn (2012), “Sử dụng phần mền IRAF quang trắc thiên văn”, Luận văn tốt nghiệp đại học, khoa vật lí, Đại học phạm TP.HCM [3] Lê Minh Phương (2019), “Xác định sai số hệ đo quang trắc dùng kính thiên văn Takahashi trường Đại học sư phạm TP HCM”, Luận văn tốt nghiệp đại học, khoa vật lí, Đại học sư phạm TP.HCM [4] Nguyễn Văn Mạnh (2016), “Quang trắc kính thiên văn Takahashi với phần mền APT”, Khóa luận tốt nghiệp đại học, khoa vật lí, Đại học sư phạm TP.HCM [5] Hồng Hiếu Đạt (2013), “Nghiên cứu thiết kế kết hợp với kính thiên văn Takahashi”, Khóa luận tốt nghiệp đại học, khoa vật lí, Đại học sư phạm TP.HCM Tiếng Anh [6] AAVSO (2014), The AAVSO Guide to CCD photometry [7] W Romannisshin (2006), An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDs University of Oklahoma, NewYork 59 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Nguyễn Trọng Nhân QUANG TRẮC SAO BIẾN QUANG BẰNG KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM VÀ PHẦN MỀM IRAF Chuyên ngành : Sư phạm. .. HỆ KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM VÀ CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG ĐỂ QUANG TRẮC 2.1 Hệ kính thiên văn Takahashi Hình 2.1: Hệ kính thiên văn Takahashi Hệ kính gồm: - Một kính thiên. .. CHƯƠNG 11 HỆ KÍNH THIÊN VĂN TAKAHASHI Ở TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM VÀ CÁC PHẦN MỀM SỬ DỤNG ĐỂ QUANG TRẮC 11 2.1 Hệ kính thiên văn Takahashi 11 2.2 CCD camera